EFECTOS BIOLOGICOS DE ULTRASONIDOS
Introducción Han pasado alrededor de 35 años desde que el ultrasonido fue usado por primera vez en mujeres embarazadas. A diferencia de los rayos X, la l a radiación ionizante no est presente como causa de al!"n efecto relevante para el or!anismo. #l uso del ultrasonido de alta intensidad est asociado con con los los efec efecto toss de $cav $cavit itac ació ión% n% y $cal $calen entam tamien iento% to% los los cuale cualess se pres presen entan tan tras tras lar! lar!as as e&pos e&p osici icione oness bajo bajo con condic dicion iones es de labora laborator torio. io. 'in embar! embar!o, o, efecto efectoss celula celulares res dañ dañino inoss en animales o (umanos no (an podido ser demostrados a pesar de la !ran cantidad de estudios aparecidos en la literatura m)dica relativos al uso del dia!nóstico ultrasónico en el mbito cl*nico. Aparentes efectos dañinos tales como bajo peso al nacer, problemas de (abla, de audición y de motricidad de la mano derec(a publicados en al!unas investi!aciones no (an sido confirmados o substanciados en acabados estudios europeos. #l !rado de complejidad de este tipo de estudios (ace muy dif*cil interpretar los resultados.
Interacción del haz ultrasónico con células, tejidos tejidos y órganos + ara comprender mejor el estudio de las estructuras bioló!icas mediante ultrasonidos, es necesario (acer una breve revisión de las propiedades !enerales de los distintos tipos de tejidos. #ste cap*tulo no es un intento de cubrir todos los detalles (istoló!icos, ms bien se describirn las caracter*sticas importantes para la comprensión de la propa!ación de las ondas ac"sticas.
La célula+ #l bloque constructor universal de todos los tejidos vivientes es la c)lula. -as c)lulas del cuerpo poseen una tremenda variedad de formas y medidas, aunque la mayor*a tiene dimensiones entre / 0m y // 0m. 1ada c)lula es capaz de realizar los procesos vitales en forma independiente, incluyendo la reproducción 2mitosis, la respiración y el metabolismo, la e&creción de desec(os, el crecimiento y la auto reparación. #l efecto de los ultrasonidos sobre las c)lulas depende de la potencia de aquellos. A bajos niveles de potencia 2utilizados en dia!nóstico, la c)lula e&perimenta poco trauma mecnico y cambio de temperatura. A niveles muy altos, la pared celular puede ser dañada o a"n destruida, volcndose el contenido y destruy)ndose la c)lula. 4ambi)n se pueden producir daños a los or!anelos. 'i se mueren muc(as c)lulas por la e&posición a los ultrasonidos, el tejido puede no ser capaz de repararse suficientemente, ocurriendo un daño tisular severo. -as c)lulas se or!anizan en !rupos que constituyen los diversos tejidos del cuerpo. #stos tejidos pueden clasificarse se!"n su función en cuatro tipos bsicos+ epitelial, muscular, muscular, nervioso y conectivo. conectivo.
Tejido epitelial+ #l tejido epitelial est formado por c)lulas que se ubican en capas para cubrir las diversas superficies del cuerpo. -as funciones fundamentales de este tejido son de protección, compartimentación y de re!ulación de secreciones y del intercambio de sustancias de los ór!anos que cubre. 1omo las capas de tejido epitelial son relativamente del!adas, el tejido epitelial, normalmente, no es un factor importante en la determinación de las propiedades ac"sticas de la mayor*a de las re!iones del cuerpo. -os tejidos conectivo y muscular conforman un porcentaje muc(o mayor del volumen de los ór!anos y v*sceras.
Tejido u!cular+ -as c)lulas del tejido muscular son unidades alar!adas llamadas fibras, que usualmente se encuentran or!anizadas en (aces co(erentes. -a función del m"sculo es proveer movimiento o control de las partes del cuerpo mediante su contracción. #l tejido muscular se clasifica en li so y estriado, dependiendo de su apariencia ante el microscopio óptico. #l m"sculo liso es controlado involuntariamente y se encuentra en las paredes del tracto di!estivo, en los conductos de las !lndulas y en las paredes de las arterias y venas. #l m"sculo estriado se controla voluntariamente en el caso del m"sculo esquel)tico 2utilizado para !enerar fuerza y locomoción, e involuntariamente en el caso del m"sculo card*aco, que posee c)lulas musculares estriadas, especializadas para poder llevar a cabo la función cardiaca continua. -os valores de densidad, velocidad de transmisión de las ondas sonoras, impedancia y atenuación del tejido muscular son todos mayores que los del a!ua y otros tejidos blandos. ic(os valores dependen de si la dirección de propa!ación de la onda es paralela o transversal al eje lon!itudinal de las fibras musculares. or ejemplo, la atenuación de los ultrasonidos en la dirección paralela a las fibras es el doble de la encontrada en la dirección perpendicular.
Tejido ner"io!o+ #l tejido nervioso se utiliza en el cuerpo para el control y la comunicación. -as c)lulas nerviosas, llamadas neuronas, son usualmente lar!as y act"an como l*neas de transmisión reco!iendo, transmitiendo y distribuyendo los impulsos nerviosos. 'e estiman unos 6 billones de c)lulas nerviosas en un ser (umano, distribuidas en casi todas las partes del cuerpo para el control local o la comunicación con los centros nerviosos. 'in embar!o, sólo en el cerebro y en la m)dula espinal la densidad de neuronas es suficiente como para afectar la propa!ación ac"stica. or otro lado, los nervios 2conjunto de a&ones son del!ados y se encuentran diseminados, no modificando apreciablemente las propiedades ac"sticas de los tejidos bsicos 2como el muscular que ellos inervan.
Tejido conecti"o+ #sta es una amplia cate!or*a encontrada a trav)s de todo el cuerpo. #l tejido conectivo llena muc(os de los espacios entre los ór!anos, proveyendo soporte y cone&ión de varias partes del cuerpo, como su nombre lo su!iere. 4ambi)n sirve como material por el cual otras c)lulas circulan, como el caso del plasma que transporta los eritrocitos, los !lóbulos blancos y el resto de los componentes san!u*neos. 7na manera de clasificar al tejido conectivo es se!"n su densidad y el tipo de material no8vivo encontrado en la sustancia e&tracelular.
Tejido conectivo laxo + posee una estructura tipo red de c)lulas espaciadas 2fibroblastos. 1ontiene fibras prote*nicas, pero no tantas como el tejido conectivo denso. 'e lo encuentra a menudo entre ór!anos y llenando espacios anatómicos.
Tejido conectivo denso: est caracterizado por una !ran abundancia de fibras or!anizadas para proveer resistencia o elasticidad se!"n las necesidades. -os tendones y las cpsulas de los ór!anos son ejemplos de este tipo de tejido.
Hueso+ es un tipo de tejido conectivo en el que la sustancia e&tracelular se solidificó a trav)s de un proceso de calcificación, (aciendo al (ueso fuerte y r*!ido. 'u función principal es de soporte del esqueleto y de protección. #l (ueso tambi)n provee calcio para la re!ulación de este ión en la san!re y otros fluidos corporales. #l (ueso es ms denso que los tejidos blandos, pero no demasiado 2apro&imadamente .9 veces, debido a la multitud de canales y espacios en su interior. 'in embar!o, es muc(o menos compresible que el tejido blando, lo que lleva a mayor velocidad de propa!ación de las ondas ac"sticas y mayor impedancia.
Sangre+ es el fluido que lleva los nutrientes y quita los desec(os de todas las re!iones del cuerpo. or medio de sus !lóbulos rojos, o eritrocitos, la san!re transporta el o&*!eno desde los pulmones (acia todos los tejidos para satisfacer los requerimientos metabólicos. Adems, la san!re puede llevar calor desde o (acia una re!ión, siendo un contribuyente importante para la re!ulación t)rmica del or!anismo. -a porción l*quida de la san!re, llamada plasma, est compuesta de a!ua con muc(os electrolitos y prote*nas disueltos. 7na apreciable porción del total del volumen san!u*neo 2cerca del 6/:, est ocupada por los !lóbulos rojos. -os eritrocitos son c)lulas altamente especializadas para el transporte de o&*!eno que poseen forma bicóncava, lo cual ma&imiza su relación superficie8volumen para incrementar el intercambio de !ases. Ac"sticamente, los !lóbulos rojos act"an como pequeños dispersores de los ultrasonidos, permitiendo as* la medición de la velocidad del flujo san!u*neo a trav)s del efecto oppler. ebido a que el tamaño de los eritrocitos es muc(o menor que la lon!itud de onda de los
ultrasonidos, la dispersión de las ondas ac"sticas se clasifica como dispersión de ;aylei!( 2la c)lula absorbe la ener!*a de la onda ac"stica y la re8emite como si fuera una antena.
EFECTOS BIOL#GICOS DE LOS ULTRASONIDOS -a re!ulación de la producción ac"stica en los aparatos de 7' esta determinada por un l*mite m&imo dictado por la <A => '>?;#A'A; + $%% &'c() •
'e producen en función de+ -A <;#17#=1@A. -A @=4#='@A. #- 4@#>.
• • •
=o confirmados (asta el momento, puede que en un futuro. 7so prudente de equipos #&posiciones a niveles de intensidad y ran!os diferentes a los comunes producen+ B ;educción del peso en el feto B años en los tejidos B Alteración de los ran!os mitóticos B roblemas de retraso en la comunicación
*ECANIS*OS +UE ,UEDEN ALTERAR LOS SISTE*AS BIOL#GICOS$. *ec( Térico- Auento teperatura de tejido!
/. *ec( No Térico- Fenóeno! ec0nico!( 1 Ca"itación 1uando una suspensión acuosa como el tejido es irradiada con ultrasonido y si las fuerzas de relajación son lo suficientemente violentas, se formaran diminutas burbujas de !as o cavidades. Al aumentar la cavitación se absorbe ms ener!*a del (az ultrasonido incidente. -a cavitación puede dar lu!ar a la rotura de los enlaces moleculares y a la producción de radicales libres HC y >H8 por disociación del a!ua. #str)s de viscosidad+ cuando e&iste una interfase (*stica, la viscosidad de los tejidos a uno y otro lado de la interfase probablemente no ser i!ual. 1onforme el ultrasonido interacciona a lo lar!o de esa interfase las diferencias de viscosidad dan lu!ar a una fuerza conocida como estr)s de viscosidad, ejercida en la frontera. #n las capas celulares pró&imas a esa frontera se producen movimientos del fluido a pequeDa escala, denominados microtorrentes, como una forma de estr)s de viscosidad. #stas formas de estr)s pueden trastornar las membranas y las c)lulas en la re!ión de la interfase. #fectos sobre el tejido vivo+ si la intensidad del ultrasonido es lo suficientemente elevada se pueden producir muc(os efectos como trastornos en los enlaces qu*micos y de!radación de las macromol)culas, y e&iste tambi)n la posibilidad de que se produzcan aberraciones cromosómicas y muerte celular. ara observar esos efectos son necesarias intensidades del ultrasonidos superiores a /EFcmG, suministradas durante considerables per*odos de tiempo.
-a e&posición de todo el cuerpo al ultrasonido sólo se produce durante el embarazo la e&posición fetal durante la primera parte del embarazo puede considerarse como una e&posición corporal completa. Al!unos estudios con ratones y ratas utilizando ultrasonidos de intensidad e&cepcionalmente alta (an demostrado efectos perjudiciales mensurables, efectos que no se (an observado en seres (umanos. ;elaciones dosis B respuesta+ tras la aplicación de niveles dia!nósticos de ultrasonidos no se (an observado nin!uno de los resultados que acabamos de citar como resultado de la e&posición corporal total, ni tampoco efectos moleculares o celulares. #l ultrasonido dia!nóstico se emite en el ran!o de intensidad de a / mEFcmG. #l nivel de dosis m*nima con el que se (an observado efectos en espec*menes e&perimentales es de // mEFcmG, y esos efectos suelen aparecer tras muc(as (oras de radiación continua. -a elevación del nivel de intensidad ms bajo necesario para producir al!"n efecto est en función del tiempo. 1uanto ms alta sea la intensidad, ms corta ser la e&posición necesaria para producir un efecto. 'in embar!o, a intensidades en el ran!o de ultrasonido dia!nóstico, no se (a demostrado que se produzca nin!"n efecto con cualquier tiempo de e&posición. #n consecuencia, se acepta que los efectos bioló!icos inducidos por ultrasonido tienen un umbral a partir del cual se producen sus efectos bioló!icos o terap)uticos.
BIOEFECTOS T2R*ICOS •
Aumento de 4I tejidos.
;#'+ B Absorción de ener!*a B @ntensidad B uración B unto focal
•
A3!orción ener45a 1omposición molecular tejidos J ?aja+ fluidos
J oderada+ tejidos blandos J Alta+ tejido óseo G
ms
ener!*a
BIOEFECTOS *EC6NICOS •
Ca"itación En e7po!ición ac8!tica B oscilación de pequeñas burbujas de !as B aumentan en tamaño y despu)s e&plotan B produciendo daños en los tejidos u ór!anos B !eneración, crecimiento, vibración y posible colapso de microburbujas en los tejidos Factore! Ca"itación B presión ne!ativa de las ondas, opresión de rarefacción. B e&istencia de pequeños n"cleos !aseosos estabilizados en los tejidos. Kases vibran y oscilan -*quidos que los rodean L microcorriente capaz de romper las
• •
membranas celulares. Colap!o e Iplo!ión "iolenta de 3ur3uja! B eleva considerablemente temperatura y presión B daña c)lulas cercanas. =o e&iste certeza de que e&istan dic(as burbujas en abundancia
UTILIDAD EN *EDICINA DE LOS EFECTOS BIOL#GICOS DE LOS US
DIAGN#STICO 4M;@1>'
otencia + /./G EFcmN
#scala de potencia de #quipos+ •
•
oppler pulsado Oascular oppler pulsado 1ard*aco
•
•
•
oppler continuo >bst)trico oppler color pulsado K*neco B >bst)trico #co!raf*a modo ? 4iempo ;eal
TERA,EUTICO#1P=@1>'
Q7@@1>'
'i se aumenta la potencia el 7' se convierte en una (erramienta de 4#;A@A
otencia L EFcmN
uede convertirse en un a!ente destructor cuando la intensidad es del orden de
/R EFcmN
Stil en 4raumatolo!*a, >dontolo!*a y ermatolo!*a
Actualmente,
se
deduce
que los equipos de 7', usados para el ia!nóstico en
edicina, no ofrecen nin!"n peli!ro para el cuerpo (umano, lo que (a sido confirmado por el @nstituto Americano de 7' en edicina. -as innovaciones realizadas en estos equipos, como por ejemplo el >E#; >-#;, vienen siendo evaluadas para determinar sus propiedades y efectos.
CONCLUSIONES 'e (an realizado numerosos estudios los cuales demuestran que el se!uimiento del uso cl*nico de los 7' por ms de G5 años, =o permite afirmar que e&ista al!"n efecto adverso derivado de su uso #= #- <747;> '#
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SEGURIDAD EN LA A,LICACI#N DE ULTRASONIDOS
A( El criterio térico se considera un buen parmetro de ries!o potencial para el dia!nóstico ultrasónico. 'e considera un criterio que, aumentos menores de ,5Y 1, por encima de los niveles normales 239Y1, se pueden realizar e&ploraciones sin reserva.
B. Aunque no se (an demostrado efectos perniciosos tras e&posición a 7' a los niveles dia!nósticos, los datos no son suficientes para permitir no cuestionar su se!uridad. #l daño potencial e&iste. 7n e&amen por 7' debe ser una indicación m)dica, lo que si!nifica que se esperan beneficios de su uso. -a e&posición debe ser la adecuada en intensidad y tiempo, ya que si por escasa no se obtiene la información deseada, la e&posición del paciente es innecesaria.
C. -os estudios en animales no son demasiado e&trapolables a (umanos. #l daño inducido por la e&posición crónica puede ser acumulativo. 'e (an de realizar estudios para obtener *ndices de frecuencia y n"mero total de procedimientos.
D. -a identificación de efectos adversos no debe impedir su uso ya que una cantidad de ries!o puede justificarse por una reducción en la morbilidad y mortalidad. 4enemos el ejemplo de las radiaciones.
E( Con!ideracione! térica! #vitando un aumento de temperatura de Y 1 se ase!ura no inducir efectos bioló!icos. -a ener!*a ac"stica se convierte en calor cuando atraviesa los tejidos. -a tasa de producción de calor est determinada por el coeficiente de absorción de los tejidos y la intensidad media del (az de 7'. -a tasa de absorción para la mayor*a de los tejidos aumenta linealmente con la frecuencia. -a capacidad de calor de una sustancia es la cantidad de ener!*a requerida para aumentar un !rado la temperatura. ividiendo la tasa por la capacidad se obtiene el aumento de temperatura inicial. #ste aumento inicial no es mantenido, ya que el calor se pierde por conducción y perfusión rpidamente. -a intensidad in situ disminuye se!"n aumenta la frecuencia y el dimetro de la zona focal as* el calentamiento de tejido es ms efectivo cuando una alta frecuencia se aplica en un rea mayor.
F( 9ndice! ac8!tico! de !alida #l principio A-A;A 2As -oZ As ;easonably Ac(ievable 8tan bajo como sea razonablemente posible8 descrito para la radiación ionizante, puede aplicarse en el uso de 7'. -a e&posición de un paciente puede ser minimizada por la adquisición de parmetros ajustados mientras la información sea la deseada. esde [[G se (an adoptado dos parmetros, los llamados \ndice mecnico 2@ e \ndice t)rmico 2@4, que son dos indicadores de potencial efecto bioló!ico. #s una forma de estandarizar los diferentes instrumentos de dia!nóstico.
G( El 5ndice térico nos da el aumento m&imo de temperatura en tejidos que puede ser prevista como resultado de un e&amen dia!nóstico y el *ndice mecnico describe la probabilidad de cavitación. #stos *ndices son los l*mites superiores para ase!urar el ries!o. -a elevación de la temperatura depende del tipo de tejido, de la amplitud del (az, del poder y del modo de scan.
:( 9ndice ec0nico+ -as ondas de 7' pulsadas consisten en m"ltiples ciclos, causando fluctuaciones en la presión al moverse en el medio. -a cavitación es ms probable que ocurra con altas presiones y bajas frecuencias. #l umbral de cavitación se puede calcular por la ratio del pico de presión y la ra*z cuadrada de la frecuencia.
I( -os equipos que puedan producir *ndices mayores de deben mostrar estos *ndices, si cae por debajo de /.6 no es necesario. ara equipos multimodo el @ debe aparecer durante el modo8? y el @4 durante los otros modos.
;( 9ndice! coo indicadore! de rie!4o + -a determinación del @4 es una estimación conservadora de un escenario en las peores condiciones. =os da el l*mite superior del aumento
de temperatura en las e&ploraciones (abituales. @ncluso aunque se produzcan estos fenómenos de cavitación, sern sobre un rea reducida sin transcendencia. -os *ndices de salida ac"stica son indicadores de ries!o+ si el *ndice es menor de la posibilidad de efectos adversos o cavitación es baja. 'i es mayor de (an de valorarse los ries!os y el beneficio de la e&ploración, y modificar los ajustes. >tra medida de protección es limitar el tiempo de e&posición cuando el *ndice t)rmico es mayor de . -a duración de 6 minutos se considera como se!ura. 'i el paciente esta febril el tiempo l*mite es menor.
Recoendacione! A( Recoendacione! en cuanto el e
=(1 'e deben crear parmetros que ma&imicen la información con m*nimo ries!o.
B( Recoendacione! para la pr0ctica de dia4nó!tico con US $(1 'u uso debe aportar ventajas en cuanto a su resultado. 'u indicación es sólo por parte del personal m)dico.
/(1 -os usuarios deben conocer los parmetros de e&posición de su aparato. =(1 'e debe obtener la mayor información posible produciendo la menor e&posición. or tanto el tiempo se debe minimizar y cuando es posible, la intensidad.
>(1 'e debe implementar un mantenimiento de rutina. 1ontroles periódicos, de acuerdo con las !u*as propuestas por el fabricante.
C( Recoendacione! en cuanto a la e7po!ición+ $(1
/( =o deben realizarse e&menes de rutina, en fetos (umanos, si las condiciones (acen sospec(ar un aumento de temperatura superior al deseable 2Y1.
=(1 'e debe aceptar como una meta el optimizar la e&posición balanceando el ries!o y el beneficio
